CN101680392B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃机的控制装置，其目的在于在基于多个要求扭矩控制节气门的开度的情况下，防止节气门的过大的反应。本发明的内燃机的控制装置，包括：要求扭矩合并单元，其计算出合并了来自多个要求扭矩输出单元的要求扭矩之后的合并后要求扭矩；第1扭矩控制单元，其在节气门的开度变化对于扭矩变化的灵敏度较小时，根据合并后要求扭矩的变化使节气门的开度变化，由此使实际扭矩追随合并后要求扭矩的变化；和第2扭矩控制单元，其在所述灵敏度比所述基准值大时，将节气门的开度固定并且根据合并后要求扭矩的变化使节气门以外的致动器的动作量变化，由此使实际扭矩追随合并后要求扭矩的变化。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置。
背景技术
在日本特开2000-97073号公报中，公开了在内燃机的控制装置中，用于防止在气门开度的变化相对于目标扭矩的变化节较大的区域中，相对于目标扭矩的微动，节气门的反应过大的技术。在该装置中，在上述区域以外基于目标扭矩计算出节气门开度，在上述区域内基于加速踏板开度计算出节气门开度。
专利文献1：日本特开2000-97073号公报
专利文献2：日本特表2003-527518号公报
发明内容
然而，目标扭矩不仅仅来自基于加速踏板开度的驾驶者的要求，还来自车辆运动控制等。上述以往的技术存在不能应对该车辆运动控制等来自驾驶者以外的要求。
本发明是鉴于上述的间题点而完成的发明，其目的在于提供一种在基于多个要求扭矩来控制节气门的开度的情况下、能够防止节气门的过大的反应的内燃机的控制装置。
为了达成上述的目的，第1技术方案为，一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：
节气门，其设置在内燃机的进气通路上；
至少一个致动器，其能够通过使所述节气门的开度变化以外的方法使所述内燃机的扭矩变化；
多个要求扭矩输出单元，其基于各自的目的分别对所述内燃机输出要求扭矩；
要求扭矩合并单元，其计算出合并了来自所述多个要求扭矩输出单元的要求扭矩之后的合并后要求扭矩；
灵敏度判定单元，其判定所述节气门的开度变化对于扭矩变化的灵敏度是否比基准值大；
第1扭矩控制单元，其在所述灵敏度比所述基准值小时，根据所述合并后要求扭矩的变化使所述节气门的开度变化，由此使实际扭矩追随所述合并后要求扭矩的变化；和
第2扭矩控制单元，其在所述灵敏度比所述基准值大时，将所述节气门的开度固定并且根据所述合并后要求扭矩的变化使所述致动器的动作量变化，由此使实际扭矩追随所述合并后要求扭矩的变化。
另外，第2技术方案，是如第1技术方案所述的内燃机的控制装置，其特征在于：
所述第2扭矩控制单元，在将所述节气门的开度固定时，将其固定为比与所述合并后要求扭矩相对应的开度大的开度。
另外，第3技术方案，是如第1或第2技术方案所述的内燃机的控制装置，其特征在于：
作为所述致动器包括使点火正时可变的点火装置、燃料喷射装置、使进气门和/或排气门的打开特性可变的可变气门传动装置中的至少一种。
另外，第4技术方案，是如第1至第3技术方案中的任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于：
包括多种所述致动器；
所述第2扭矩控制单元，根据运行状况从所述多种致动器中选择用于使实际扭矩变化的致动器。
根据第1技术方案，能够基于合并了对内燃机输出的多种要求扭矩之后的合并后要求扭矩，来判定节气门的开度变化对于扭矩变化的灵敏度是否较大。于是，在该灵敏度小的情况下，能够通过根据合并后要求扭矩的变化使节气门的开度变化，而使实际扭矩追随合并后要求扭矩的变化。另一方面，在该灵敏度大的情况下，能够通过将节气门的开度固定并且根据合并后要求扭矩的变化使节气门以外的致动器的动作量变化，而使实际扭矩追随合并后要求扭矩的变化。因此，即使是在节气门的开度变化对于扭矩变化的灵敏度大的区域，也能够可靠地防止节气门过大地反应(动作)，所以能够提高节气门的耐久性，防止故障等。
根据第2技术方案，在将节气门的开度固定时，将其固定为比与合并后要求扭矩相对应的开度大的开度。当在将节气门的开度固定的状态下通过节气门以外的致动器使扭矩的变化的情况下，使扭矩减少比使扭矩增加容易。根据第2技术方案，在将节气门的开度固定的情况下，通过将其固定为比与合并后要求扭矩相对应的节气门开度大的开度，通过向减小方向对实际扭矩进行校正而使其追随合并后要求扭矩。因此，能够更正确且容易地使实际扭矩追随合并后要求扭矩。
根据第3技术方案，在已将节气门的开度固定的情况下，通过使点火正时、燃料喷射量、进气门和/或排气门的开闭特性中的至少一项变化，能够迅速且正确地使实际扭矩追随合并后要求扭矩。
根据第4技术方案，在已将节气门的开度固定的情况下，能够根据运行状况从多种致动器中选择用于使实际扭矩变化的致动器。因此，能够避免该致动器的动作量的变化带来不良影响。因此，能够提高在该运行状况下所要求的性能。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式1的系统结构的图。
图2是用于说明节气门开度控制方法的图。
图3是在本发明的实施方式1中执行的程序的流程图。
图4是在本发明的实施方式2中执行的程序的流程图。
符号说明
10：内燃机    12：活塞      16：进气通路
18：排气通路  20：节气门    26：催化剂
32：进气门    34：进气可变气门传动装置
36：排气门    50：ECU
具体实施方式
实施方式1.
(系统结构的说明)
图1是用于说明本发明的实施方式1的内燃机系统的结构的图。图1所示的系统包括搭载于车辆的内燃机10。内燃机10的气缸数以及气缸配置没有特别限定。在内燃机10的各气缸内设有活塞12。进气通路16以及排气通路18与各气缸连通。
在进气通路16上设有电子控制式的节气门20。在节气门20的附近，设有检测节气门20的开度(下面，称作“节气门开度”)的节气门位置传感器22。另外，在排气通路18上配置有用于对排气进行净化的催化剂26。
在内燃机10的各气缸内还设有向进气口内喷射燃料的燃油喷嘴28、用于对燃烧室内的混合气体进行点火的火花塞30、进气门32和排气门36。另外，本发明并不限定于图示这样的进气口喷射式发动机，也能够适用于缸内直喷式发动机、并用进气口喷射与缸内直喷的发动机。
进气门32由进气可变气门传动装置34驱动。进气可变气门传动装置34构成为能够使进气门32的气门开启特性(例如提升角、作用角、开闭正时等)变化。
在内燃机10的曲轴24的附近，设有用于检测曲轴24的旋转角度(曲轴角)的曲轴角传感器42。另外，在加速踏板的附近，设有检测加速踏板开度的加速踏板位置传感器44。
另外，本系统具有发动机ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)50。发动机ECU(下面简称作“ECU”)50，分别电连接于上述的节气门位置传感器22、曲轴角传感器42、加速踏板位置传感器44等各种传感器、上述的节气门20、燃油喷嘴28、火花塞30等各种致动器。
本系统还包括控制车辆的防抱死系统的ABS-ECU52和控制车辆稳定性控制系统(Vehicle Stability Control)的VSC-ECU54。
(实施方式1的特征)
在本实施方式中，对于内燃机10，有多个要求扭矩。作为该要求扭矩，可列举例如：基于加速踏板开度计算出的来自驾驶者的要求扭矩，为了驱动辅机类而要求的辅机类驱动要求扭矩，从ABS-ECU52输出的ABS要求扭矩，从VSC-ECU54输出的VSC要求扭矩等。
ECU50基于这多种要求扭矩，计算出对于节气门20的节气门开度指示值。在这里，为了使本实施方式的作用效果容易理解，首先，对比较例的节气门开度控制方法进行说明。
(比较例的节气门开度控制方法)
图2是用于说明节气门开度控制方法的图。如图2(a)所示，在这里，设为具有三种要求扭矩A、B、C。其中，要求扭矩A与要求扭矩B、C相比，重复有振动(微小的变动)。
图2(b)表示将要求扭矩A、B、C合并(例如相加)后的要求扭矩(下面，称作“合并后要求扭矩”)。该合并后要求扭矩因要求扭矩A的振动而振动。
在内燃机10中，根据发动机转速和节气门开度，确定扭矩。在ECU50中，储存有表示该关系的图(下面，称作“扭矩-节气门开度图”)。在比较例中，将合并后要求扭矩基于该图直接转换为节气门开度。图2(c)中的实线表示比较例的情况下的节气门开度。
一般，在内燃机10，有这样的性质，即在节气门20接近全开(WOT：Wide Open Throttle)的区域，节气门开度变化对于扭矩变化的灵敏度过于灵敏。下面，将这样的区域称作节气门开度过于灵敏区域。
在比较例的情况下，即使在合并后要求扭矩在节气门开度过于灵敏区域内变动的情况下，也将合并后要求扭矩直接转换为节气门开度，所以如图2(c)所示，节气门开度的变动过度地变大。即，节气门20过度地反应而重复进行激烈的动作。其结果，对节气门20施加负担，这会产生成为故障的原因等弊害。
(本实施方式的节气门开度控制方法)
图2(c)中的虚线表示本实施方式的情况下的节气门开度。如该图所示，在本实施方式中，为了避免上述那样的不良，在节气门开度过于灵敏区域，将节气门开度固定为一定的值。而且，在节气门开度固定的期间内，使节气门20以外的致动器的动作量变化，由此使内燃机10的实际的扭矩(下面，称作“实际扭矩”)追随合并后要求扭矩的变化。
作为在该情况下使用的致动器，可列举例如：包含火花塞30的点火装置，包含燃油喷嘴28的燃料喷射装置，进气可变气门传动装置34等。即，即使节气门开度为一定，通过由点火装置变更点火正时、由燃料喷射装置变更或者切断燃料喷射量，由进气可变气门传动装置34使进气门32的打开特性变化，能够使实际扭矩追随合并后要求扭矩的变化。
根据上述那样的本实施方式的方法，在节气门开度过于灵敏区域，将节气门开度固定为一定的值，所以能够可靠地防止节气门开度的变化变得过大。另外，在节气门开度固定的期间内，通过变更点火正时、变更或者切断燃料喷射量、或者使进气门32的打开特性变化，能够使实际扭矩迅速地变化，所以能够使实际扭矩高精度地追随合并后要求扭矩的变化。
(实施方式1中的具体的处理)
图3是为了实现上述的功能、在本实施方式中、ECU50执行的程序的流程图。根据图3所示的程序，首先，将对内燃机10输出的多个要求扭矩合并(例如相加)(步骤100)。
接下来，基于在上述步骤100中计算出的合并后要求扭矩，判定节气门开度变化对于扭矩变化的灵敏度是否较高，即是否处于节气门开度过于灵敏区域内(步骤102)。该处理根据例如合并后要求扭矩是否处于上述的扭矩-节气门开度图上的预定的节气门开度过于灵敏区域内而判定。或者，也可以根据合并后要求扭矩的微小变化ΔTrq和基于扭矩-节气门开度图对合并后要求扭矩进行实验性变换而计算出的节气门开度的微小变化ΔTA，计算出ΔTA/ΔTrq，在ΔTA/ΔTrq超过预定的阈值时，判定为处于节气门开度过于灵敏区域。
当在上述步骤102中判定为合并后要求扭矩不处于节气门开度过于灵敏区域内的情况下，能够判断为：即使将合并后要求扭矩直接转换为节气门开度，节气门开度的变动也不会变得过大。因此，在该情况下，基于扭矩-节气门开度图，将合并后要求扭矩转换为节气门开度(步骤104)，以实现该节气门开度的方式驱动节气门20(步骤105)。
另一方面，当在上述步骤102中判定为合并后要求扭矩处于节气门开度过于灵敏区域内的情况下，判别该判定是否是第一次，即合并后要求扭矩是否是刚刚从节气门开度过于灵敏区域外进入节气门开度过于灵敏区域内(步骤106)。
当在上述步骤106中判别为第一次的情况下，基于扭矩-节气门开度图计算出与在合并后要求扭矩上加上预定的Δ扭矩(加法扭矩)后的值(下面称作“比例增加要求扭矩”)相对应的节气门开度，其中所述合并后要求扭矩在上述步骤100中计算出，以实现该节气门开度的方式驱动节气门20(步骤108)。
另外，在上述步骤108的处理中，加上Δ扭矩的理由，如图2(c)所示，是为了将节气门开度固定为比与合并后要求扭矩相对应的节气门开度更大的开度。使实际扭矩减小可通过使点火正时滞后、减少或者切断燃料喷射等来进行，所以能够比使实际扭矩增加更容易且迅速地进行。鉴于此，在本实施方式中，在事先将节气门开度固定的情况下，通过将其固定为比与合并后要求扭矩相对应的节气门开度更大的开度，通过向减小方向对实际扭矩进行校正而使其追随合并后要求扭矩。由此，所以能够更正确且容易地使实际扭矩追随合并后要求扭矩。
另外，也可以与振动的要求扭矩(在图2(a)中为要求扭矩A)的出处相应地使Δ扭矩的大小变化。例如，在振动的要求扭矩为来自驾驶者的要求扭矩的情况下，其变动幅度有变大的可能性，所以优选将Δ扭矩设定得较大。与此相对，在振动的要求扭矩为VSC要求扭矩的情况下，其变动幅度通常没有那么大，所以优选将Δ扭矩设定得较小。
当在上述步骤106中判别为合并后要求扭矩处于节气门开度过于灵敏区域内的判定为第2次以后的情况下，进入步骤110。在该步骤110中，以维持在上述步骤108中计算出的节气门开度的方式，控制节气门20。
紧接着上述步骤108或者110的处理，计算出在上述步骤108中计算出的比例增加要求扭矩与在上述步骤100中计算出的合并后要求扭矩的扭矩差(步骤112)。接下来，以消除该所计算出的扭矩差的方式，控制节气门20以外的预定的致动器的动作量(在本实施方式中，为点火正时、燃料喷射量、进气门32的打开特性中的任意一项)(步骤114)。
如上面所说明，根据本实施方式，即使在合并后要求扭矩处于节气门开度过于灵敏区域内的情况下，也能够可靠地防止节气门开度的变动变得过大(剧烈)。因此，能够提高节气门20的耐久性，防止故障。
在上述的实施方式1中，ABS-ECU52以及VSC-ECU54相当于所述第1技术方案中的“要求扭矩输出单元”。另外，ECU50，通过基于加速踏板开度计算出来自驾驶者的要求扭矩以及基于辅机类的动作状态计算出驱动要求扭矩，实现所述第1技术方案中的“要求扭矩输出单元”；通过执行上述步骤100以及102的处理，实现所述第1技术方案中的“灵敏度判定单元”；通过执行上述步骤104以及105的处理，实现所述第1技术方案中的“第1扭矩控制单元”；通过执行上述步骤106～114的处理，实现所述第1技术方案中的“第2扭矩控制单元”。
另外，在本发明中，在是具有使排气门36的打开特性为可变的可变排气门传动装置的内燃机的情况下，在将节气门开度固定时，也可以通过使排气门的打开特性变化，使实际扭矩追随合并后要求扭矩的变化。
实施方式2.
接下来，参照图4，对本发明的实施方式2进行说明，以与上述的实施方式1的不同点为中心进行说明，对于相同的事项，将简略或者省略其说明。本实施方式，可通过使用与图1所示的实施方式1同样的系统结构并使ECU50执行后述的图4所示的程序来实现。
(实施方式2的特征)
在上述的实施方式1中，为了在将节气门开度固定时使实际扭矩追随合并后要求扭矩而进行控制的致动器被预先确定为点火装置、燃料喷射装置、进气可变气门传动装置34中的任意一项。与此相对，在本实施方式中，根据内燃机10的运行状况，选择点火装置、燃料喷射装置、进气可变气门传动装置34中的任意一项。
如果通过使点火正时滞后而使扭矩下降，则燃料经济性容易恶化。另外，如果通过变更空燃比A/F(燃料喷射量)而使扭矩变化，则容易给排放性能带来影响。因此，因使扭矩变化的致动器的种类不同，对内燃机10的各种性能的影响也不同。在本实施方式中，在已将节气门开度固定时，从点火装置、燃料喷射装置、进气可变气门传动装置34中，根据运行状况选择最合适的种类作为用于使扭矩变化的致动器，由此能够进一步提高在该运行状况下所要求的性能。
(实施方式2中的具体的处理)
图4是为了实现上述的功能在本实施方式中、ECU50执行的程序的流程图。在本实施方式中，紧接着上述的图3所示的程序的步骤112，执行图4所示的程序。
根据本程序，首先，判别是否通过由进气可变气门传动装置34产生的进气门32的提升量(下面，简称为“气门提升量”)，消除在图3的步骤112中计算出的扭矩差(下面，简称为“扭矩差”)(步骤120)。在通过气门提升量的变更而使扭矩变化的情况下，燃料经济性难以恶化，另外空燃比A/F不变化，所以对排放性能没有不良影响。然而，由气门提升量的变更所引起的扭矩变化的响应性比由点火正时或者燃料喷射量的变更所引起的扭矩变化的响应性稍稍延迟。因此，在扭矩差大的情况下，难以通过气门提升量的变更来消除扭矩差。因此，在该步骤120中，在扭矩差为预定值以下的情况下，判定为能够通过气门提升量的变更应对，在扭矩差大于预定值的情况下，判定为不能通过气门提升量的变更应对。
当在上述步骤120中判定为能够通过气门提升量的变更应对的情况下，作为使实际扭矩追随合并后要求扭矩的方法，选择变更气门提升量。即，为了消除扭矩差而计算出必要的气门提升量的校正量(步骤122)，以实现该校正量的方式控制进气可变气门传动装置34。
另一方面，当在上述步骤120中判定为不能通过气门提升量的变更应对情况下，接下来，判断是否处于应该使排放性能优先的状况(步骤124)。该判断基于催化剂26的状态(氧吸藏量、温度等)、空燃比传感器(未图示)的状态等进行。
当在上述步骤124中判断为处于可以不使排放性能优先的状况的情况下，作为使实际扭矩追随合并后要求扭矩的方法，选择变更空燃比A/F。即，为了消除扭矩差而计算出必要的空燃比A/F的校正量(步骤126)，以实现该空燃比A/F的方式控制来自燃油喷嘴28的燃料喷射量。
另一方面，当在上述步骤124中判断为处于应该使排放性能优先的状况的情况下，接下来，判断是否处于应该使燃料经济性优先的状况(步骤128)。然后，在判断为处于可以不使燃料经济性优先的状况的情况下，作为使实际扭矩追随合并后要求扭矩的方法，选择变更点火正时。即，为了消除扭矩差而计算出必要的点火正时的校正量(步骤130)，以实现该点火正时的方式控制点火装置。
与此相对，当在上述步骤128中判断为处于应该使燃料经济性优先的状况的情况下，通过对搭载于车辆的无级变速器的变速比进行校正，来控制传递至车辆的驱动轴的扭矩(步骤132)。由此，能够近似获得与使内燃机10的扭矩变化相同的效果。
另外，在本实施方式中，也可以不进行上述步骤132的处理。另外，当在上述步骤124中判断为处于应该使排放性能优先的状况的情况下，也可以不进行上述步骤128的判断，而直接执行上述步骤130。

Claims (3)

1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：
节气门，其设置在内燃机的进气通路上；
至少一个致动器，其能够通过使所述节气门的开度变化以外的方法使所述内燃机的扭矩变化；
多个要求扭矩输出单元，其基于各自的目的分别对所述内燃机输出要求扭矩；
要求扭矩合并单元，其计算出合并了来自所述多个要求扭矩输出单元的要求扭矩之后的合并后要求扭矩；
灵敏度判定单元，其判定所述节气门的开度变化对于扭矩变化的灵敏度是否比基准值大；
第1扭矩控制单元，其在所述灵敏度比所述基准值小时，根据所述合并后要求扭矩的变化使所述节气门的开度变化，由此使实际扭矩追随所述合并后要求扭矩的变化；和
第2扭矩控制单元，其在所述灵敏度比所述基准值大时，将所述节气门的开度固定并且根据所述合并后要求扭矩的变化使所述致动器的动作量变化，由此使实际扭矩追随所述合并后要求扭矩的变化，
作为所述致动器包括使点火正时可变的点火装置、燃料喷射装置、使进气门和/或排气门的打开特性可变的可变气门传动装置中的至少一种。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于：
所述第2扭矩控制单元，在将所述节气门的开度固定时，将其固定为比与所述合并后要求扭矩相对应的开度大的开度。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于：
包括多种所述致动器；
所述第2扭矩控制单元，根据运行状况从所述多种致动器中选择用于使实际扭矩变化的致动器。
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